Kutatás-fejlesztési projektek

Helyiségek elektromágneses árnyékolására alkalmas építőipari elemek kidolgozása

A pályázat célkitűzése, hogy olyan építőipari elemeket fejlesszen ki, amelyek felhasználhatók árnyékolt, mikrohullámú terjedés szempontjából „süket” helyiségek kialakításához. Erre olyan anyagokat kívánunk használni, amelyek jelenleg a kapható elemeknél olcsóbb, könnyen hozzáférhető megoldást kínálnak. E pályázat nem terjed ki az ipari termelés megvalósításáig, ezért célját az anyagok laboratóriumi kísérleti fejlesztésében, félüzemi módszerek kidolgozásában és alkalmazásában, és ezek alapján az üzemszerű gyártástechnológia javaslatainak megfogalmazásában jelöli meg.

A kedvezményezett neve, VIADUKT Mérnöki és Kereskedelmi Szolgáltató Kft.
A projekt címe: „Mikrohullámú árnyékoló burkolók félüzemi technológiájának kifejlesztése”
A szerződött támogatás összege: 101,42 millió Ft
A támogatás mértéke: 57,75%
A projekt tervezett befejezési dátuma: 2016. 08. 30.
A projekt azonosító száma PIAC_13-1-2013-0066

A projekt tartalmának bemutatása, megvalósítandó feladatok:

A mikrohullámú energia elnyeléshez a leghatásosabban a ferriteket használják. A ferritek tudományos vizsgálatának eredményei jól ismertek. A mikrohullámú kutatás és fejlesztés jól ismeri az anyag tulajdonságainak módosításához vezető eljárásokat. Az általunk megjelölt célra olyan anyagrendszereket kell kifejleszteni, amelyek a rajtuk áthaladó mikrohullámokat minél jobb hatásfokkal nyelik el és hővé alakítják. Ki kell dolgozni ezek mikroméretű porait előállító technikákat, hogy a kívánt építőelemek felületére felvihetők legyenek.

A laboratóriumi fejlesztőmunka eredményeit félüzemi módon valós termékekbe, így falazóelemekbe, támfal elemekbe, meglévő helyiségek falait borító csempékbe és tapétákra történő felvitelre kell alkalmazni. E munka alapján megszületnek azok az eredmények, hogy a szakemberek a nagyüzemi gyártás technológiáját meg tudják tervezni.

A projekt újdonságtartalma

Az elektromágneses árnyékolás problémája régi, de a jelentősége a mikrohullámú technika terjedésével egyre növekszik. Mind a biológiai hatástól való védelem, mind a távközlés és adatkezelés titkosságának, biztonságának igénye növeli az érdeklődést. Általános megoldás nem létezik. A mikrohullámú árnyékolás fő problémája az adott frekvenciára való alkalmasság, a működési sávszélesség mértéke. A rendszer hatékonysága a keskenyebb sávszélességben lehet magas fokú, de az általános törekvés, hogy minél szélesebb sávszélességben minél hatékonyabban elnyelő rétegeket kapjunk.

Az ismert megoldások általában a fémekkel, annak különböző formáival igyekeznek hatni. Ebben az esetben azonban csak az elektromágneses hullám reflektálását (visszaverését) tudjuk elérni, az elnyelését nem. Az általunk javasolt fejlesztés a ferritre, mint anyagrendszerre és ennek különböző alkalmazásaira alapul.

Témánk újdonságának meghatározásához tanulmányoztuk a hozzáférhető, a piacon kapható jelenlegi megoldásokat.

Az ajánlatok főként komplex megoldásokat tartalmaznak a teljes építményre. Különös figyelemmel kerestük a felhasználható speciális anyagokat.

A különböző adatvédelmi és méréstechnikai célokra ajánlott festékek, hálók és lemezek főként vas-, és többnyire fémtartalmúak. Ezek felhelyezése kritikus, a felületnek lokálisan és galvanikusan is összefüggőnek kell lennie. A fémtartalmú árnyékolók részleges védelmet nyújtanak, a mikrohullámú jelet visszaverik, de nem nyelik el. A cél az, hogy mind a külső, mind a belső forrású térerőt visszaverje, majd elnyelje az árnyékoló anyag. Erre a ferritek a legalkalmasabbak.

Annak ellenére, hogy a ferrit előállítási technológiája megoldható, kevés cég kínál ilyen anyagokat a piacon. Ezek a cégek általában haditechnikai fejlesztők, melléktermékükként kínálnak a piacon ilyen speciális anyagokat. Az általunk javasolt fejlesztés speciálisan kifejlesztett ferritekre alapul.

Ferrittartalmú rétegek, burkolóanyagok hiányoznak a piacról. Burkoló-tapéta csak fémhálós kivitelben kapható. Külön rendelésre ferrit-csempéket lehet kapni, de ezeknek költsége jelentős.

A projekt jellemzője, hogy olyan technológiákat ajánl, melyek biztonságosan tervezhetők.

A projekt anyagfejlesztési része: A ferriteket a mikrohullámú távközlési technika hozta létre. Ezen a területen olyan ferriteket kellett kifejleszteni, melyek a mikrohullámú jelet minél kisebb veszteséggel engedjék át, hiszen ez a jelenség a mikrohullámú berendezésben a hasznos energia elnyelésével veszteségként jelentkezik. Az árnyékolástechnikában éppen ellenkezőleg, a veszteség a hasznos, a terjedő mikrohullám hővé alakítása a cél. A távközlési alkalmazású ferritek előállítói a ferritstruktúra tervezésében és előállításában nagy tapasztalatra tettek szert, abban, hogy a ferritekhez adagolt anyagok mennyiségi viszonyai, valamint az alkalmazott technológiai eljárások mennyiben változtatják az elektromágneses tulajdonságokat. A világon kevés kutatócentrum foglalkozik ezzel, de a magyar mikrohullámú ipar fenntartott és fejlesztett ilyen témájú munkacsoportokat . A maximálisan nyelő ferritek kidolgozása tehát realitás.

A megfelelő ferritanyag kidolgozásán túl a ferriteket építőiparban használatos anyagok felületére kell felhordani. A magyar kutatók az eddigi munkájukban, illetve már befejezett pályázati munkákban kidolgozták a ferritporok előállítását különféle szemcseméretben. Az is kiderült a megelőző kutatásokban, hogy a megfelelő veszteség eléréséhez a mikroméretű szemcsék alkalmasak, tehát előállításukra biztonságosan lehet tervezni.

Az így előállított mikroméretű szemcsék megfelelő hordozóanyaggal különféle módon szórással, kenéssel, stb., biztonságosan kell felvinni. Ezen eljárások kis-, és nagyüzemi technológiája ismert. A projekt keretében meg kell oldani a ferritporok homogén, stabil eloszlatását a hordozóanyagban, viszkozitásának beállítását a különféle felviteli technológiák.

A visszavert, vagy átengedett elektromágneses sugárzás intenzitását mérni kell. A felvitt rétegek elnyelésének, a mikrohullámú veszteség értékelése megoldott probléma, szabványok írják elő. A mérőszett összeállítása szakértelmet és költséges műszereket igényel, amely feladatra szakemberek és laboratóriumok állnak rendelkezésre.

A projekt megvalósíthatóságáról összefoglalva, a projekt elemei ismertek, működő és hozzáférhető technológiákra épül. Az újszerűség a komplexitásban, az alkalmazásban és a kifejlesztett abszorbeáló anyagban van.

A piaci igény bemutatása

A pályázat benyújtásakor alapos piackutatást végeztünk. A megjelölt téma alapján való keresés nagyszámú találatot eredményez, azonban ezeket megvizsgálva a kínálat meglehetősen szűk spektrumot mutat. A magas igényű mérőszobák árnyékolóira nagy cégek szakosodtak, egyedi megrendelések alapján megtervezik a mérőszobákat, a kívánt frekvenciára méretezett árnyékolást nagyon magas áron szállítják. Az a piaci szegmens, melyet pályázatunk megcéloz, kis kínálattal rendelkezik, ezek is főleg fémborítást kínálnak, hirdetéseikben ritkán találhatunk mérési eredményeket. Általában az elektroszmog csökkentését ígérik. Európában néhány cég szállít árnyékolókat, így például a Holland Shielding BV, amely a fal-borítók mellett szegélyeket, profilokat is kínál, melyeket építkezéskor fel lehet használni. Figyelve a cég weblapját, jelentős érdeklődés mutatkozik termékei iránt. Alacsonyabb áron való előállítás jelentős versenytárs lehetne.

A kínálat elsősorban a hadiipar, és nemzetbiztonsági keresleteit elégíti ki, a magas követelményeknek megfelelően a civil épületek számára hozzáférhetetlenek. Ezt a piaci hiányt lehetne kitölteni egy hatásos, de olcsóbb megoldású építőanyag-kínálattal.

Tanulmányozva a témával foglalkozó nemzetközi irodalmat, egyre több utalás jelenik meg arról, hogy a mikrohullámú árnyékolás kilép a hadi és nemzetbiztonsági területről, és egyre nagyobb igény mutatkozik a civil társadalomban a használatra. Az igényt az általános ismeretek bővülése is táplálja, de a telekommunikáció és a háztartások fejlődése is igényli, hogy a mikrohullámú szmogot kizárjuk épületeinkből. Ezt egyrészt a biológiai hatástól való félelem, másrészt informatikai berendezéseink biztonságos működésének igénye is táplálja. A háztartásokban előrevetül az okos berendezések használata, például a hűtőgép, amelyik a minimális készlet kiürülésekor kommunikál, megrendeli a pótlást. Ezek biztonságos működéséhez a tér zavaró hatásait ki kell szűrni.

A ferrit-csempék kiállják a tűzbiztonsági előírásokat, hiszen gyártásuk 1500 C fokon történik, tűz esetén nem bocsájtanak ki gázokat, így az előírásoknak megfelelnek. Az egyéb elemek biztonsági paramétereit a hordozók, a papír, vászon vagy a téglafajta határozza meg.

A PROJEKT EREDMÉNYEI:

Az elmúlt négyéves periódusban az előbbiekben vázolt pályázati célkitűzések megvalósultak. Az építőelemek preparálásához elő állítottuk a megfelelő nyelőanyagokat. A kétféle anyag, a grafit és a ferrit másként viselkedik az elektromos erőtér hatására. A grafit, vezető lévén, visszaveri az elektromágneses sugárzást. A maradó, a közegbe behatoló sugárzást a ferritpor nyeli el és alakítja hőenergiává. A nyelőanyagokat finom por formájában állítjuk elő.

A nyelőanyag-porokat az építőelemek felületére kell kötni. Erre a célra vizes alapú, kötőanyagos szuszpenziót kísérleteztünk ki, melyet különféle technológiai módszerekkel egyenletesen fel lehet vinni a különféle felületekre. A vizes alapú szuszpenzió gyorsan, könnyen szárad, így gazdaságosan lehet több réteget is felvinni a felületekre. A rétegek száma növeli a nyelőképességet.

A nyelőképesség mérésére mérőmódszereket alkalmaztunk. A felületek elé és mögé mikrohullámú parabola-antennákat helyeztünk el, ezeket egy széles frekvenciatartományban működő nagyfrekvenciás generátorral tápláltuk. A vevőoldalon lévő antennában mértük a falakon áthaladó elektromágneses sugárzás intenzitását. A két sugárzás-intenzitás arányát decibelben regisztráltuk.

A mérések alapján minősítettük a különféle építőelemeket. A tervezett elemeket nyelőrétegekkel láttuk el. Ennek alapján tudtunk csempét, gipszkarton, rétegelt lemez és OSB táblákat alkalmassá tenni elektromágneses árnyékolásra.

A kisérletek alatt kiderült, hogy a leginkább ígéretes technológia a vakolatlan, vagy a készre vakolt falfelületek kezelése. A fekete nyelőréteg eltakarható, vagy rávakolással, vagy fedőfesték-réteggel. Így a réteg ugyanúgy ellátja árnyékoló feladatát.

Az általunk kidolgozott módszerekkel lehetőség nyílik árnyékolt helyiségek létrehozására, elfogadható költséggel.